[发明专利]一种三维自动注浆成型用石膏基复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于三维自动注浆成型的石膏基复合材料及其制备方法，属于3D打印材料领域。

背景技术

石膏基复合材料是指以半水石膏为主，并通过添加适量水和其他外加剂组分(如减水剂、缓凝剂、保水剂、纤维、有机聚合物等)制备得到的复合材料，利用其制备的石膏制品具有质轻、耐火、隔音、绝热性好等优点，是当今公认的绿色环保的三维快速成型(3D打印)材料。目前，石膏材料的3D打印均采用粉末打印，并依次经过铺粉、打印、除粉以及后处理等步骤，过程较为繁琐。同时由于石膏粉末是通过水基胶水粘接在一起，其水化程度低，石膏颗粒间的孔隙较多，因此利用3D粉末打印制备的石膏制品强度低(≤4MPa)、耐水性等各项使用性能差，往往只能用于石膏玩偶、模型等领域，这严重限制了3D打印石膏制品的应用。

三维自动注浆成型是一种新型的3D打印技术，该技术以胶体浆料为打印的原材料，并通过逐层堆叠的方式注浆成型来制备复杂的三维结构。三维自动注浆成型技术与一般的3D打印技术如选择性激光烧结(SLS)、光固化成型(SLA)和热熔融堆积成型(FDM)相比，具有材料适用性广、打印设备简单和成本低等优点，并广泛用于复杂结构材料、电子材料以及生物材料的制备。用于三维自动注浆成型的胶体浆料必须满足两个基本条件：一是要具有良好剪切变稀的流变行为，使胶体浆料在打印过程中既能从喷嘴稳定的挤出，同时挤出后能像固体一样保持形状并支撑自身的重量；二是要求胶体浆料具有合适的水化凝结时间，使其在挤出前能稳定的存在加料容器中，挤出后又能快速凝结硬化并形成强度。

因此，本发明通过调整石膏基复合材料的流变性能和水化凝结性能，制备可用于三维自动注浆成型的石膏基复合材料，这对于降低3D打印成本、提高3D打印石膏制品的使用性能意义重大。

发明内容

技术问题：为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种能用于三维自动注浆成型的石膏基复合材料及其制备方法，该复合材料具有良好的剪切变稀流变行为和合适的水化凝结时间，并能显著提升3D打印石膏制品的抗压强度和各项使用性能。

技术方案：本发明所述的一种三维自动注浆成型用石膏基复合材料以重量份计包括：

所述的无机纳米粉体为纳米氧化硅SiO₂、纳米氧化铝Al₂O₃、纳米氧化钛TiO₂或纳米碳酸钙CaCO₃的一种。

所述的外加剂以重量计包括：

减水剂 40～60％

缓凝剂 10％～20％

保水剂 20～40％。

所述的外加剂中减水剂为高效聚羧酸粉末减水剂。

所述的外加剂中缓凝剂为柠檬酸、三聚磷酸钠或骨胶粉中的一种。

所述的外加剂中保水剂为纤维素醚类保水剂。

所述的纤维素醚类保水剂具体为羧甲基纤维素、羟乙基纤维素或羟丙基甲基纤维素中的一种。

本发明的三维自动注浆成型用石膏基复合材料的制备方法为：

1)取0.5～2份无机纳米粉体和19～25份去离子水于烧杯中，超声分散60min得到均匀混合溶液；

2)取72～80份高强石膏粉和0.5～1份外加剂组分于水泥净浆搅拌机中低速搅拌5min混合均匀，随即加入超声分散过的均匀混合溶液，高速下搅拌2min得到石膏基复合材料。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有下列优点：

1：本发明为一种可用于三维自动注浆成型的石膏基复合材料，与现有技术相比，利用其制备得到的3D打印石膏制品强度更高、耐水性及各项使用性能更好。

2：本发明选择无机纳米粉体可以显著提高石膏基复合材料浆体结构的粘聚性，从而提高浆体的塑性粘度和屈服应力值，增强浆体挤出后保持自身形状的能力，同时可以改善3D打印石膏制品的韧性、耐水性和耐候性等各项使用性能。

3：本发明选择的外加剂组分中，减水剂、缓凝剂和保水剂配合使用，可以调整石膏基复合材料浆体结构中分散相的体积分数，使浆体具有良好剪切变稀的流变行为，同时可以控制浆体的水化凝结时间在合适范围内。

具体实施方式

为了更好的理解本发明，下面对本发明作进一步说明，但不能理解为本发明仅适用于下面实例，该领域的技术人员根据上述本发明的内容对本发明作出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。

实例1：一种三维自动注浆成型用石膏基复合材料，各组分配比如下：(按重量份)

高强石膏粉：72

纳米氧化硅粉末：2